吡啶-噁唑啉配体在不对称催化中的应用

韩裕红

吡啶-噁唑啉配体在不对称催化中的应用

韩裕红

（温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）

吡啶-噁唑啉类手性配体已成功地应用于多种不对称催化反应。由于反应的机理不同，具有不同结构的配体适合于促进不同的反应，配体可以通过基于不同结构元素的相互作用影响这些不对称反应。这些因素包括π效应、空间排斥、氢键和弱配位辅助等。尽管在过去十几年中吡啶-噁唑啉类配体的应用取得了重大进展，利用这些类型的配体来探索更广泛的不对称反应，仍然存在许多挑战。发展其他一些不对称反应，将金属催化扩展到不同的过渡金属仍然是非常理想的。

吡啶-噁唑啉配体；性质； 配体设计； 应用

含噁唑啉的配体广泛地应用于许多不对称催化反应中。吡啶-噁唑啉类配体是比双噁唑啉和膦-噁唑啉配体设计得早的一类配体，正迅速普及于不对称催化领域中。金属配合物进行不对称催化时，具有效率高、原子经济性好、对环境影响小等优点[1]。同时手性噁唑啉配体通过影响空间位阻，以及金属催化剂的电子性质；允许较低的反应温度和降低一些反应的副产物；从而提高金属催化的反应性、区域选择性和对映选择性[2-5]。

1 吡啶-噁唑啉类配体的性质

1.1 吡啶-噁唑啉类配体的催化原理

自从第一种含噁唑啉的配体——吡啶-噁唑啉型配体Pyox开发以来，已经开发出许多种吡啶-噁唑啉类配体，并且其他三种结构相关的配体在各种类型的反应中显示出良好的催化性能。右图所示的B型配体具有贫电子的吡啶、吡嗪或嘧啶环，具有-CF3、-COOMe、-NO2或额外的噁唑啉功能。当然，噁唑啉环体系可以作为配位基团，从而减少催化体系中游离金属离子的量。吸电子基团通常位于4-或5-位置，因此与催化中心没有空间或配位相互作用。吡啶环的3位上的取代提供了它与噁唑啉环之间显著二面角（C）。由附加基团提供的畸变可能对催化活性和对映选择性产生重大影响。最后一类吡啶-噁唑啉型配体（D）型具有邻位取代基，他们可以与催化中心相互作用，从而影响催化。

1.2 吡啶-噁唑啉类配体的优点

吡啶-噁唑啉类配体用于不对称催化有几个优点：

（1）它们对于氧化条件，含膦配体通常不相容的条件是比较便宜和稳定的；

（2）具有各种空间和电子性质的衍生物可以容易地进行催化。在短时间内，由于许多吡啶衍生物和手性氨基醇在商业上可买到，或者很容易从低成本的原料合成；

（3）它们是联吡啶和菲咯啉的良好类似物；

（4）吡啶部分的氮原子是电子相对贫乏，因此可促进还原消除。它具有促进钯催化的有氧氧化的独特性质，可能能够稳定Pd(0)和抑制钯黑的形成；

（5）噁唑啉环的独特性质是氮原子由于氧原子与C[d]之间的p-π共轭而相对富含电子。双键能促进有机金属反应的氧化加成，而Csp2是缺电子的，能降低吡啶环的电子密度；

（6）两个配位基团的不同电子特征可通过反式效应影响过渡金属催化的不对称反应。

2 吡啶-噁唑啉类配体的发展

1986年Brunner和同事们首次设计含噁唑啉的配体以来[6-7]，相继开发了几种非常有效的配体，如Pybox[8]、Box[9-13]、Phox[14]、Tox和其他配体。Box和Phox对于大多数的不对称反应适用。但对少数的不对称反应能够提供良好的结果[5-6]。利用吡啶-噁唑啉类手性配体发现了几种具有挑战性的不对称反应，显示出它们在新的催化方法中的潜在应用前景。

3 吡啶-噁唑啉类配体的应用

3.1 铑催化酮的硅氢化反应

Brunner首次对Pyox配体的成功应用，发现在噁唑啉的4位上，tBu是最好的手性取代基，提供了83%ee所需的手性醇。在稍微不同的条件下，使用该配体得到高达91% ee的产物。通过铑配合物的X-射线晶体分析，铑配合物的船形构象使噁唑啉的立体取代基远离金属中心，体现该配体对反应的不对称诱导能力。

3.2 钯(II)催化的Heck反应

1991年Brunner首次研究了这种不对称钯(II)催化的Heck反应，使用他们开发的8-喹啉-噁唑啉配体。8-喹啉酮类化合物可以得到74% ee的产物，而其他类型的N,N-手性配体的结果较差。

3.3 串联环化反应

2006年，杨基发展了Pd(II)催化的对映选择性氧化串联环化反应，使用现成的Sparteine因作为手性配体，氧气作为绿色氧化剂，得到对映体富集的吲哚，同时苯甲酰苯胺的底物也可以反应。

3.4 共轭加成反应

2017年，Stanley团队将Stoltz的催化体系扩展到不对称钯催化的芳基硼酸与β-芳基环烯酮的共轭加成反应，生成含有双苄基四元立体中心的酮。与β-烷基环烯酮相比，这种类型的底物显示出较低的反应活性，因此采用较高的芳基硼酸和催化剂的负载量以及较高的反应温度来获得较高的收率。

3.5 不对称钌催化的Carroll重排

钌催化的烯丙基取代是有吸引力的，因为钌配合物被证明是选择性生成支链产物。Carroll重排通常在苛刻的条件下进行。Lacour发现Pyox配体可以有效地促进这种反应，使重排产物具有中等到良好的ee值和良好的支链选择性。

4 结论

吡啶-噁唑啉类手性配体已成功地应用于多种不对称催化反应。通过改变吡啶环和噁唑啉环上的取代基以微调配体的电子和空间性质，提高双齿N，N-配体的催化活性。过去十几年中吡啶-噁唑啉类配体的应用取得了重大进展，为了发展其他一些不对称反应，将金属催化扩展到不同的过渡金属催化仍然是非常理想的。继续利用手性吡啶-噁唑啉的配体开发新的和具有合成价值的对映选择性的反应，仍然有很大的意义。

［1］Privileged Chiral Ligands and Catalysts, ed. Q.-L. Zhou, Weinheim, Wiley-VCH, 2011.

［2］G. Desimoni, G. Faita and K. A. Jørgensen, Chem. Rev., 2011, 111 .

［3］M. P. Carroll and P. J. Guiry, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 819 .

［4］H. A. McManus and P. J. Guiry, Chem. Rev., 2004, 104, 4151 .

［5］Y. Liu, W. Li and J. Zhang, Natl. Sci. Rev., 2017, 4, 326 .

［6］H. Brunner, U. Obermann and P. Wimmer, J. Organomet. Chem., 1986, 316.

［7］H. Brunner and U. Obermann, Chem. Ber., 1989, 122, 499 .

［8］H. Nishiyama, H. Sakaguchi, T. Nakamura, M. Horihata, M. Kondo and K. Itoh, Organometallics, 1989, 8, 846 .

［9］T. Johnson, B. Luo and M. Lautens, J. Org. Chem., 2016, 81, 4923.

［10］Chen and C. Cai, Org. Biomol. Chem., 2016, 14, 5019.

［11］E. J. Corey, N. Imai and H.-Y. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 728 .

［12］Q. He, L. Wu, X. Kou, N. Butt, G. Yang and W. Zhang, Org. Lett., 2016, 18, 288.

［13］K. Kikushima, J. C. Holder, M. Gatti and B. M. Stoltz, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 6902.

［14］W. Huang, X. Wan and Q. Shen, Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 11986.

Application of Pyridine-oxazoline Ligands in Asymmetric Catalysis

(College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Zhejiang Wenzhou 325035, China)

The chiral ligands of pyridine-oxazoline have been successfully used in a variety of asymmetric catalytic reactions. Due to the different reaction mechanisms, ligands with different structures are suitable to promote different reactions, and ligands can affect these asymmetric reactions through the interaction of different structural elements.These factors include the π effect, spatial repulsion, hydrogen bonding, and weak coordination.Although significant advances have been made in the use of pyridine-oxazoline ligands over the past decade, many challenges remain in exploiting these types of ligands to explore wider range of asymmetric reactions. It is still desirable to develop other asymmetric reactions to extend metal catalysis to different transition metals.

pyridine-oxazoline ligand; properties; ligand design; application

TQ 253

A

1004-0935（2020）04-0396-03

2020-01-03

韩裕红（1993-），女，四川省绵阳市人，温州大学在读研究生，硕士，2020年毕业于温州大学有机合成专业，研究方向：有机合成。